干細(xì)胞命運決定子
日期：2012-02-08 08:44:30
由美國明尼蘇達(dá)大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組發(fā)現(xiàn)了一條關(guān)鍵性的分子機制，調(diào)控了胚胎干細(xì)胞是選擇繼續(xù)增殖并維持在干細(xì)胞狀態(tài)，或是分化形成諸如大腦、肝臟或皮膚等的成體細(xì)胞。他們在小鼠干細(xì)胞實驗中發(fā)現(xiàn)了控制兩種相互競爭細(xì)胞過程的關(guān)鍵環(huán)。相關(guān)研究論文發(fā)表在《細(xì)胞結(jié)構(gòu)和分子生物學(xué)》（Nature Structure and Molecular Biology)雜志上。
領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是明尼蘇達(dá)大學(xué)荷美爾（Hormel Institute）研究所所長董子鋼（ Zigang Dong ）教授和副主任Ann M. Bode。董子鋼教授早年畢業(yè)于河南醫(yī)科大學(xué)，后分別在美國哥倫比亞大學(xué)和美國國家腫瘤研究院從事博士及博士后研究工作。其主要研究領(lǐng)域為腫瘤的病因?qū)W，腫瘤發(fā)病的機制和預(yù)防。曾同時榮任2個明尼蘇達(dá)大學(xué)（endowed professorships）講席教授職位，獲得明尼蘇大大學(xué)授予的Mcknight Presidential professorship 最高榮譽獎。現(xiàn)同時兼任美國國家衛(wèi)生研究院研究經(jīng)費評委會成員，中國國家自然科學(xué)基金會評委專家成員。
這項工作對于兩個研究領(lǐng)域均具有重要的意義：其一，可利用該機制阻斷細(xì)胞增殖，達(dá)到癌癥治療的目的；其二，針對損傷或疾病患者的成體干細(xì)胞移植研究領(lǐng)域，基于該原理可通過維持細(xì)胞增殖，以獲得足夠數(shù)量的細(xì)胞用于制造可用的器官或組織。
董子鋼說：“這是一項突破性的研究，為再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供了重要的分子基礎(chǔ)。這一研究將幫助開發(fā)出新一代藥物，在癌癥、衰老、心臟病、糖尿病或外傷引起的癱瘓造成機體損傷后，幫助機體修復(fù)和再生。”
該分子機制的中心是一種在胚胎干細(xì)胞發(fā)現(xiàn)的稱之為Klf4的蛋白，其主要功能包括維持干細(xì)胞分裂增殖，抑制其分化。這表明，Klf4對維持干細(xì)胞的重要特性：自我更新能力方面起重要作用。
在這篇文章中，研究人員發(fā)現(xiàn)兩種稱為ERK1和ERK2的酶可以使Klf失活，從而促使細(xì)胞啟動分化形成成體細(xì)胞。這兩種酶是胚胎干細(xì)胞接收到細(xì)胞外化學(xué)信號時啟動的信號“長龍”中的成員之一。當(dāng)這些化學(xué)信息被傳遞至細(xì)胞內(nèi)，兩種酶則隨之展開行動。
在進(jìn)一步的實驗中，研究人員揭示出了這兩種酶調(diào)控Klf4的機制，證實ERK1和ERK2將一個小分子——磷酸基團(tuán)添加在了Klf4蛋白上。這意味著給Klf4打上了一個“標(biāo)簽”，引導(dǎo)回收蛋白質(zhì)的細(xì)胞機器來破壞Klf4蛋白。
此外，他們還發(fā)現(xiàn)抑制這兩種酶的活性將使肝細(xì)胞維持在自我更新狀態(tài)，抑制其分化。總而言之，他們的研究繪制了這樣的一幅圖畫：ERK1 和 ERK2酶在決定胚胎干細(xì)胞及潛在癌細(xì)胞（快速增長行為與干細(xì)胞非常相似）的命運中起主要作用。
Klf4是成體皮膚細(xì)胞重編程為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS ）的關(guān)鍵作用因子之一。此外，大量研究也證實Klf4可通過激活或抑制某些基因的功能，發(fā)揮致癌因子或抑制因子的效應(yīng)。基于其他研究團(tuán)體及他們自己的研究發(fā)現(xiàn)，荷美爾研究所的研究人員認(rèn)為癌細(xì)胞的自我更新程序有可能非常類似于胚胎干細(xì)胞。
“盡管 Klf4在癌癥中的功能還存在爭議，一些報告表明 Klf4確實參與了人類的癌癥形成，” Bode說。
荷美爾研究所成立于1942年，是一所享譽世界的醫(yī)療研究中心，主要從事癌癥預(yù)防和控制研究。它是明尼蘇達(dá)大學(xué)下屬的一個研究單位，并與梅奧診所（Mayo Clinic）建立了癌癥研究合作關(guān)系。
